31 泵浦汰舊換新的節能做法 -2015-04-01

1 簡煥然顧問 [email protected]

離心泵汰舊換新的節能做法

講師：簡煥然

煜然有限公司

2015、04、01 竹東


摘要：

本份文件的目的在說明離心泵在汰換時，如何採用正確步驟來獲得最佳能源效率的新泵浦，其步驟包含：

現場舊泵浦的流量揚程耗電功量測，繪製該時間點的管路等效阻抗曲線，原有舊泵浦的耗電功流功曲線，新泵浦的流功耗電功曲線，新泵浦安裝現場的流量揚程耗電功量測及耗能比計算，繪製新時間點的管路等效阻抗曲線。

繪製的管路等效阻抗曲線在不同時間下，不同用水量會有不同的結果，將作為泵浦操作時的參考。

若使用的是泵浦機組或變頻機組，還必須計算該機組或變頻機組在不同轉速或負載下的流量揚程耗電功量測及耗能比計算。

本文由泵浦的輸出流功及相對的管路系統所需輸入的流功，來協助讀者能真正掌握相關知識與節能觀念，本文內容仍有待經驗豐富的先進不吝指正。簡煥然

2015 03 27 竹東


1.定義

(1)現場測試：依業主指定的地方場所，指定的時間，指定的離心泵或機組進行現場測試，測試者必須考慮安裝現場管路的現況並考慮與標準測試台間的差異，及可能造成的離心泵性能的額外損失。

(2)出廠測試：新訂購或維修過的離心泵，在出廠前必須一本規範的要求進行測試，係使用TAF有效認證期間內的測試台進行，TAF有效認證的項目包含流量測試、揚程測試(壓力測試)、電功測試。

(3)現場測試的時間點：由業主指定假日或平日的上午、中午、下午、晚上的一個以上的時間點，在不同時間點來取得管網的不同流量為原則。

(4)數據取樣：在每一時間點取樣的數據做成平均值，為該時間點的流量、揚程與耗電功，使用數據擷取器者，至少取樣20個數據組做平均，每一數據組的連續樣本數在20個以上。

(5)等效阻抗曲線：揚程(H)等於流量的平方(Q2)乘以等效阻抗係數(C)，H=CxQ2，不同時間點量測到的每一組流量與揚程會有一條等效阻抗曲線，不同時間點的等效阻抗曲線代表管網的阻抗變化。

(6)等效阻抗係數計算：C=H(m)/(Q(cmd)2)，數據必須能顯示小數點以下至少有3位數為非零的讀值，新安裝離心泵在出廠時，計算操作範圍內的最小流量點、額定流量點、最大流量點的各別等效阻抗係數。


H揚程

H-Q

Q0

等效阻抗曲線 HL=Cx Q2

設計點

最大流量點

最小流量點

QmivQmax

10 ％ ﹡η％max

操作範圍

70 ％

63 ％


流量 cmd

揚程m

流量減少量

HL=CL*(V2/(2g))

閥開大用水量大，閥關小用水量小，等效管路阻抗曲線會變化，管網的等效阻抗曲線會隨用水時間、季節變化、節慶等因素而變。

閥關小用水量小閥開大用水量大


流量 cmm

揚程m 泵浦等效率曲線

預計操作點最小流量操作點

泵浦操作點變動

最大流量操作點


泵浦操作點變動—水井抽水到水池

流量 cmm

揚程m

泵浦等效率曲線

額定出水量預計操作點

水井出水量曲線井水面出水口高度差

C0

乾季15m

雨季

C0

HL=C0+C1*Q2

泵浦操作範圍

QmivQmax

額定7m

雨季1m

管路阻抗曲線C1都是相同不變，因為管路長度沒有改變。


(7)流功(kW)：為壓力(pa)與流量(m3/sec)的乘積為功率(W)再除以1000得到仟瓦功率(kW)，壓力(pa)係由密度(kg/m3)乘以重力加速度(m/sec2)再乘以揚程(m)，水的密度(kg/m3)為1000 kg/m3，重力加速度(m/sec2)為9.81 m/sec2，壓力(pa)的單位pa等於Nt/m2。

(8)耗電功(kW)：在馬達電源側或變頻器的電源側以功率計量取。(9)流功耗電功曲線：縱座標為耗電功，橫坐標為流功。

壓力P（Nt/m2）＝ρ × g × H

＝密度ρ（Kg/m3）× 加速度g(m/sec2) × 揚程H（m）

流功（W）＝壓力P（Nt/m2）× 流量Q（m3/sec）=ρ × g × H × Q

耗電功(kW)= √3 x 電壓(V) x 電流(I) x 功因


H揚程 H-Q

Q0 流量

BHP

A

B

C

H × Q

H × Q

H × Q

耗電功kW

流功kW

C

A

B。

。

。

流功-耗電功曲線流量-揚程曲線


(10)耗能比：等於耗電功(kW)/ 流功(kW)(11)單台變頻離心泵：附有變頻器做變轉速運轉，其操作點沿著等效阻抗曲線移動。

H揚程 H-Q

Q0 流量

等效阻抗

A

B

C

H × Q

H × Q

H × Q

耗電功kW

流功kW

C

A

B

。

。

。

流功-耗電功曲線

H-QH-Q

3600rpm

3000rpm

2400rpm


(12)離心泵並聯機組：一台以上的離心泵在一起做並聯運轉，以滿足操作範圍大的用途，由其中一台或數台泵組合一起作定轉速運轉，以輸出合適的水量與揚程，機組的輸出性能為等揚程下各台離心泵的原有輸出流量相加。多台泵浦並聯運轉時，真正的輸出水量仍會沿著系統阻抗曲線移動，反之需求水量減少時，也會沿著阻抗曲線變動，當1台泵浦A運轉時，會在操作點A運轉，流量QA、揚程HA，當2台泵浦A運轉時，會在操作點B運轉，流量2QB、揚程HB，當3台泵浦A運轉時，會在操作點C運轉，流量3QC、揚程HC 。

流量 cmm

揚程m

操作點A

泵浦Ax1 泵浦Ax3

QCQA

操作點C泵浦Ax2

2QB

額定流量等效阻抗曲線

操作點B

QB3QC

HC

HB

HA

最小流量等效阻抗曲線

最大流量等效阻抗曲線

操作範圍

無法輸出區域


(13)變頻離心泵組：一台以上的離心泵在一起做並聯運轉，且由變頻器驅動以調整其輸出水量與揚程，由其中一台或數台的組合並由變頻器調節轉速來一起運轉，機組的輸出性能為等揚程下，各台離心泵在不同轉速下的輸出流量相加，而且可以調整轉速到最合適的流量、揚程、流功輸出。並聯機組操作時沿負載曲線變換，至少記錄9筆資料，介於Qmin與Qmax之間等流量間隔進行測試。並聯機組的負載曲線必須事先告知，無論恆壓負載或變動負載。正確變動負載曲線由日常運轉統計得到

流量 cmm

揚程m

變動負載曲線

泵浦C

泵浦B

泵浦A或2台泵浦B

Qmin QB ﹡ QmaxQB

恆壓負載曲線額定流量等效阻抗曲線

最小流量等效阻抗曲線

最大流量等效阻抗曲線


(14)性能曲線量測：以最大流量Qmax為基準平均分成6等份的流量進行測試，不含關斷點，並包含業主指定操作範圍內的最小流量點、額定流量點、最大流量點，至少6個以上的測試點。

H揚程

H-Q

Q0 QmaxQmin


(1)適用量測對象：單台離心泵、單台變頻離心泵、離心泵組與變頻離心泵組。(2)現場為離心泵組者，必須針對要汰換的一台或多台或整個機組進行測試。(3)現場為變頻離心泵組者，除了本項的第(2)款規定外，還必須配合業主指定的一

個或多個轉速進行測試，每一個轉速的測試點之數據均須紀錄。(4)量測數據包含有：變頻頻率、總揚程、水量、電壓、電流、總電功率、功率因

數，並記錄包含取得數據時間、日期、地點及離心泵編號、環境溫度，離心泵組還必須記錄運轉時的單台離心泵組合。

注意事項：量測的現場必須對管路與水池水面高度作紀錄，因為等校阻抗曲線的基準點為泵浦出口或並聯機組的出口作為基準，而泵浦揚程是以泵浦出入口的全揚程差為基準，加上現場泵浦出入口管路的預留直管長度很可能不足，會降低泵浦的性能，使得要新設的泵浦在現場驗收時會有操作點偏差的問題。

其次，在現場測試當時的管路阻抗曲線有可能不在額定點，若業主無法提供原始的操作範圍，那不同時間下量測的流量、揚程會有不同，受管路阻抗的影響，所以，每一個量測點的數據取樣時間不應操過十分鐘，並應記錄下該取樣時間點。


3.離心泵的現場量測數據紀錄與報告(1)量測數據標示：在業主提供之原有出廠測試紀錄的流量揚程曲線上，標示現場測試

的揚程、流量，標示出計算的現場測試之等效阻抗曲線及等效阻抗係數(C)。(2)離心泵組還必須依據業主提供且有參與並聯運轉的原有各單台離心泵之性能，以等

揚程方式相加個別流量來獲得運轉機組的性能曲現，並把測試值標示在其上，等效阻抗曲線及等效阻抗係數(C)也標示。

(3)依據量測得到的阻抗曲線，判斷是否運轉在操作範圍內，或需要修正操作範圍。

H揚程

H-Q

Q

週六晚上6點等效阻抗曲線 HL=C*Q

2

實測點

。H

週二早上8點等效阻抗曲線 HL=C*Q

2

實測點。


(3)量測數據之耗能計算與標示：在原有出廠測試紀錄計算出流功、耗電功及耗能比，耗能比計算至小數第二點，做出流功耗電功曲線，把現場量測的耗電功、流功標示其上。

(4)依據業主提供的該泵浦原有出廠測試操作範圍內的最小流量點A、額定流量點B、最大流量點C計算其耗能比。

(5)依據耗能比判斷是否運轉在合理效率範圍。

(6)依據耗能比判斷是否泵浦已經磨耗需要維修。

耗電功kW

流功kW

C

A

B。

。

。


實測點

。

。實測點


4.離心泵的出廠前測試(1)適用量測對象：單台離心泵、單台變頻離心泵、離心泵組與變頻離心泵組。(2)單台變頻離心泵，依據業主提供的該泵浦之指定數個轉速的最小流量點、額定流

量點、最大流量點進行測試。(3)離心泵組者，須針對每一台進行測試，以及不同泵浦組合的機組進行並聯測試。(4)變頻離心泵組者，每一台必須配合業主指定的轉速範圍進行測試，以及不同泵浦

組合的整個機組在指定的數個轉速進行並聯測試。(5)量測數據包含有：變頻頻率、總揚程、水量、電壓、電流、總電功率，陸上泵須

測試最高額定轉速的NPSHr。

5.離心泵的出廠前測試數據紀錄與報告(1)量測數據標示：出廠測試紀錄的流量揚程曲線上，標示現場測試的揚程、流量，

標示出計算的現場測試之等效阻抗曲線及等效阻抗係數(C)。(2)把離心泵組與變頻機組的不同組合的運轉機組之性能曲線繪製在一起並把測試值

標示在其上，等效阻抗曲線及等效阻抗係數(C)也一起標示。(3)單台離心泵耗能計算：流功、耗電功及耗能比，並做出流功耗電功曲線。(4)變頻與機組的耗能計算：把各種組合的測試資料轉換為各種性能的流功耗電功曲

線，並繪製在一起。(5)耗能比較：必須依照現場測試之等效阻抗曲線，找出各種性能曲線與該等效阻抗

曲線相交點，用內插法計算各交點的流功、耗電功及耗能比，並把各點由最低耗電功到最大耗電功做出排列且繪製流功耗電功曲線，及標示各點的耗能比。


H揚程

H-Q

Q0


建議的設計點建議的

最大流量點

建議的最小流量點

QmivQmax

建議的操作範圍

定轉速離心泵的出廠前測試數據紀錄與報告


耗電功kW

流功kW

C

AB

。

。

。


定轉速離心泵的出廠前測試數據紀錄與報告


H揚程

H-Q


建議的設計點建議的

最大流量點

建議的最小流量點

建議的操作範圍

變轉速離心泵的出廠前測試數據紀錄與報告

C1

B1

A1

C2

B2

A2

C3

B3

A3

3600rpm

2400rpm

3000rpm


耗電功kW

流功kW

CA

C2。

。

。


變轉速離心泵的出廠前測試數據紀錄與報告

。C3

B1。。。

。。。

B3B2

C1

A1A3

A2


6.現場測試作業(1)廠商須赴本案指定離心泵裝置地點進行測試，於汰換前與換裝新機或維修舊機

後實施。(2)量測離心泵並做成紀錄與報告，至少現場的一組數據。(3)測量所使用的儀器由廠商自備，如：水位計(壓力計)、超音波流量計、訊號產

生器、電力電表…等。流量計得經監造單位認定以給水廠既有流量計相互校對方式取代。

(4)前項儀器校正報告若本身有規定之校準期程，從其規定，若無規定，則廠商須出示實測前1年內曾送校正之校驗合格證明。

(5)實測結果須作紀錄並製作表格提供規格設計報告書致監造單位，廠商應本於專業克服現場量測困難，如流量改採既設水池以體積法量測換算，倘仍因現場環境無法實測，須經監造單位認可，以替代方式辦理。

(6)廠商測試前應先通知監造單位會同辦理，如監造人員未在場，廠商不得擅自進行。

(7)性能試驗廠商不得加裝電容器設備以改善功率因數、降低電流。


7.驗收測試與報告(1)廠商依據汰換前現場實測性能測試紀錄及建議，設計新的採購離心泵並訂出

最高耗能比值，該最高耗能比值應低於要汰換離心泵實測耗能比5%以上，例如原有耗能比為，則驗收點的耗能比在2.375以下，業主也可以訂出目標耗能值。

(2)汰換後現場性能測試結果，在相同流功下耗電功必須低於汰換前既設離心泵之耗電功5%以上，若流功不相同則耗能比必須低於汰換前既設離心泵之耗能比5%以上。倘若離心泵耗能比不符合本項規定時，則業主退拒廠商交貨，並依契約規定辦理，由廠商負完全責任。

(3)每台離心泵在業主指定時間至少進行一次的測試並做成性能測試紀錄，標示在出廠測試的性能曲線圖上以及流功耗電功曲線圖上，並計算該現場測試點的耗能比。

(4)本條所述操作範圍其監造單位具有最終解釋權。

8.離心泵規範中出廠前性能測試不需通知監造單位會同，由廠商自行測試出具報告。

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